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CN110469451A - 一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置 - Google Patents

一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于潮流能发电领域，具体涉及一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置。本发明通过将水轮发电机与直线发电机相结合的设计，使得发电装置总体的能量捕获效率大幅提高，充分利用了水轮机发电部分剩余的水流的动能，提高了运输的效率。本发明采用双水轮机设计，且左右前后非对称设计，在保证充分转化潮流能的同时，使得结构的整体更加紧凑，缩小了装置的体积，从而在单位海域面积内可以布置更多的潮流能转换装置，得到更多的电能。本发明具备良好的能量捕获效率，且发电装置的集约度和体积较于现有的潮流能发电装置更加具有优势，具备广阔的开发前景和推广前景。

Description

一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置
技术领域
本发明属于潮流能发电领域，具体涉及一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置。
背景技术
随着人类对资源的需求日益增加，石油、煤炭、天然气等不可再生资源的消耗日趋加快。为了人类的可持续发展，对再生资源的研究和利用迫在眉睫。可再生能源领域中海洋能的能量密度是最高的，其包括波浪能、潮汐能、海流能，海水温差能、海水盐差能等，技术的进步也使海洋能的利用成为可能。
其中潮流能作为海洋能的一种拥有巨大的利用优势。潮流能主要是指海底水道和海峡中较稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。且潮流能在开发过程中对环境的影响较小并以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能之一。中国沿海属于世界上潮流能功率密度最大的地区之一，潮流能具有广阔的开发和使用前景。世界上已有利用其他海洋能的离岸式和近岸式装置，然而目前已经运营的大部分利用波浪能的发电装置存在着设备可靠性较低，发电效率不稳定的问题；利用海水温差能的发电装置也存在着换热面积大，热能提取效率低，建设费用高的问题。而利用潮流能的发电转化技术因其总储量量巨大、运行工作环境友好等优势，有着更高的开发应用优势，适应性也更加广泛。
目前利用潮流能发电的主要形式为单一的大型水轮机发电，然而此类装置也存在自身体积过大的不利，能量捕获效率不高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括首段发电部和尾段发电部；所述的首段发电部包括进水道外壳，在进水道外壳内部的右前侧和左后侧分别安装有水轮发电机；所述的进水道外壳首端开有进水口，进水道外壳尾部的上方开有出水口；所述的尾段发电部安装在首段发电部的末端，尾段发电部与首段发电部连接处内部设有隔断两发电部内部空间的张力膜，在尾段发电部内部设有与张力膜连接的直线发电机
本发明还可以包括：
所述的直线发电机包括直线发电机定子和直线发动机动子；所述的直线发电机定子包括定子铁芯；所述的定子铁芯上端开口，末端固定在尾段发电部的末端；所述的定子铁芯靠近底端内部开有空腔，在空腔中安装有弹簧；所述的定子铁芯靠近开口端内部沿轴线设有圆环形槽，在圆环形槽内安装有线圈绕组；所述的直线发电机动子包括带有底座的直轴，在直轴上套有磁轭，磁轭外套有磁极，且磁极异性相邻排列；所述的直轴上端与张力膜连接，直轴的底座与定子铁芯内部空腔中的弹簧连接。
所述的直轴上端安装有磁体，直轴上端的磁体与张力膜一侧连接，且在张力膜的另一侧也设有磁体，张力膜固定在两侧磁体之间。
所述的进水道外壳首端进水口处为喇叭状开口。
所述的进水道外壳的出水口处设有集束导流板。
所述的水轮发电机包括水轮发电机定子和套在其上的水轮机；所述的水轮发电机定子两端分别固定于进水道外壳的两侧壁上，在水轮发电机定子上安装有线圈绕组；所述的水轮机内部附有半环形永磁体；所述的进水道外壳上设有水轮机外罩。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将水轮发电机与直线发电机相结合的设计，使得发电装置总体的能量捕获效率大幅提高，充分利用了水轮机发电部分剩余的水流的动能，提高了运输的效率。本发明采用双水轮机设计，且左右前后非对称设计，在保证充分转化潮流能的同时，使得结构的整体更加紧凑，缩小了装置的体积，从而在单位海域面积内可以布置更多的潮流能转换装置，得到更多的电能。本发明具备良好的能量捕获效率，且发电装置的集约度和体积较于现有的潮流能发电装置更加具有优势，具备广阔的开发前景和推广前景。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的水轮发电机定子示意图。
图3是本发明的水轮发电机动子示意图。
图4是本发明的水轮发电机动子剖视图。
图5是本发明的水轮机外罩示意图。
图6是本发明的张力膜示意图。
图7是本发明的直线发电机剖视图。
图8是本发明的直线发电机动子示意图。
图9是本发明的直线发电机定子剖视图。
图10是本发明的强磁体示意图。
图11是本发明的尾段发电部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
请参阅图1至图11，本发明提供一种技术方案：一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，包括首段发电部1和尾段发电部2，且首段发电部1后端与尾段发电部2前端无缝对接连接；所述首段发电部1包括进水道外壳11、水轮发电机12、集束导流板13、水轮机外罩14、出水口15，且水轮发电机12不对称分布于进水道外壳11内部两侧，分别分布于进水道外壳11的右前侧和左后侧，集束导流板13安装于出水口15处，且向进水道外壳11内部弯曲；所述尾段发电部包括尾段发电部外壳21、直线发电机22、张力膜23、强磁体24，张力膜23最外端表面与尾段发电部外壳21端表面处于同一平面，且直线发电机22轴线与张力膜23平面垂直，直线发电机动子221与张力膜23，直线发电机定子222与尾段发电部外壳21内底部连接；
进水道外壳11前半部为喇叭状，后半部为长方体状，且进水道外壳11长方体后半部的右前侧和左后侧各有一大开口，为水轮发电机12提供安装空间。
水轮发电机12包括水轮发电机动子121和水轮发电机定子122，水轮发电机动子121内部附有半环形永磁体1211，水轮发电机定子安装有水轮发电机线圈绕组1221，且水轮发电机定子122轴线固定于进水道外壳11的两侧壁上。
集束导流板13剖面为半月牙状，对称安装于进水道外壳11最后端的出水口15处。
出水口15为进水道外壳11尾部侧壁左右对称分布的方形开口。
直线发电机22包括直线发电机动子221、直线发电机定子222、动子底部弹簧223、线圈绕组224，所述直线发电机定子包括定子铁芯222；所述定子铁芯222靠近开口端内部沿轴线设有均等间隔的圆环形槽2221，数个线圈绕组布置在圆环形槽内，所述定子铁芯靠近底端内部开有圆柱形空腔2222，空腔内放置动子底部弹簧223，所述定子铁芯222整体内部沿中心轴线开有细长圆柱形槽2223供动子往复运动；所述直线发电机动子221主体为细长直轴2211，其上套有磁轭2212，磁轭外套有圆环形磁极2213，磁极异性相邻排列，所述直线发电机动子221底部设置圆柱底座2214，底座与动子底部弹簧223固定连接。
直线发电机动子221的直轴2211顶端附有螺纹22111与强磁体下部243的螺孔242配合连接，通过强磁体24的上部241和下部243之间的磁力将张力膜23固定于动子221的直轴2211上。
强磁铁24分为上部241和下部243，其中下部下端面在中心轴线处向内开有螺孔242，张力膜23固定于上部241和下部243之间。
本发明的工作原理：首先潮流通过喇叭状的进水道外壳11前端进入进水道内部，随后潮流依次经过右前侧和左后侧的水轮发电机12，将潮流能转化为水轮发电机动子121的动能，水轮发电机定子122上的线圈切割磁感线，产生电能。经过两台水轮机之后剩余的水流撞击在尾段发电部的张力膜23上，张力膜23发生形变，带动直线发电机22的动子221轴向运动，使直线发电机22工作产生电能，产生撞击后的水流经由出水口15流出，随着下一次潮流的到来，发电工作重复上述过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过将水轮发电机与直线发电机相结合的设计，使得发电装置总体的能量捕获效率大幅提高，充分利用了水轮机发电部分剩余的水流的动能。提高了运输的效率，具备广阔的市场前景和应用前景。
本发明采用双水轮机设计，且左右前后非对称设计，在保证充分转化潮流能的同时，使得结构的整体更加紧凑，缩小了装置的体积，从而在单位海域面积内可以布置更多的潮流能转换装置，得到更多的电能。
本发明具备良好的能量捕获效率，且发电装置的集约度和体积较于现有的潮流能发电装置更加具有优势，具备广阔的开发前景和推广前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：包括首段发电部和尾段发电部；所述的首段发电部包括进水道外壳，在进水道外壳内部的右前侧和左后侧分别安装有水轮发电机；所述的进水道外壳首端开有进水口，进水道外壳尾部的上方开有出水口；所述的尾段发电部安装在首段发电部的末端，尾段发电部与首段发电部连接处内部设有隔断两发电部内部空间的张力膜，在尾段发电部内部设有与张力膜连接的直线发电机。
2.根据权利要求1所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的直线发电机包括直线发电机定子和直线发动机动子；所述的直线发电机定子包括定子铁芯；所述的定子铁芯上端开口，末端固定在尾段发电部的末端；所述的定子铁芯靠近底端内部开有空腔，在空腔中安装有弹簧；所述的定子铁芯靠近开口端内部沿轴线设有圆环形槽，在圆环形槽内安装有线圈绕组；所述的直线发电机动子包括带有底座的直轴，在直轴上套有磁轭，磁轭外套有磁极，且磁极异性相邻排列；所述的直轴上端与张力膜连接，直轴的底座与定子铁芯内部空腔中的弹簧连接。
3.根据权利要求2所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的直轴上端安装有磁体，直轴上端的磁体与张力膜一侧连接，且在张力膜的另一侧也设有磁体，张力膜固定在两侧磁体之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的进水道外壳首端进水口处为喇叭状开口。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的进水道外壳的出水口处设有集束导流板。
6.根据权利要求4所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的进水道外壳的出水口处设有集束导流板。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的水轮发电机包括水轮发电机定子和套在其上的水轮机；所述的水轮发电机定子两端分别固定于进水道外壳的两侧壁上，在水轮发电机定子上安装有线圈绕组；所述的水轮机内部附有半环形永磁体；所述的进水道外壳上设有水轮机外罩。
8.根据权利要求4所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的水轮发电机包括水轮发电机定子和套在其上的水轮机；所述的水轮发电机定子两端分别固定于进水道外壳的两侧壁上，在水轮发电机定子上安装有线圈绕组；所述的水轮机内部附有半环形永磁体；所述的进水道外壳上设有水轮机外罩。
9.根据权利要求5所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的水轮发电机包括水轮发电机定子和套在其上的水轮机；所述的水轮发电机定子两端分别固定于进水道外壳的两侧壁上，在水轮发电机定子上安装有线圈绕组；所述的水轮机内部附有半环形永磁体；所述的进水道外壳上设有水轮机外罩。
10.根据权利要求6所述的一种综合利用直线式旋转式发电的潮流能转换装置，其特征在于：所述的水轮发电机包括水轮发电机定子和套在其上的水轮机；所述的水轮发电机定子两端分别固定于进水道外壳的两侧壁上，在水轮发电机定子上安装有线圈绕组；所述的水轮机内部附有半环形永磁体；所述的进水道外壳上设有水轮机外罩。
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